1374.我和动态仓库（修改稿）

1、我 和 动 态 仓 库最初接触施耐德modicon plc是在东北大学施耐德电气联合实验室。2008年3月份，东北大学-施耐德电气联合实验室引进了施耐德电气的五台教学设备，这些设备都是从法国本土空运过来（包括自动化设备和配电设备）。其中有三台是自动化设备，他们分别是surface treatment（表面处理）、pneumatic revolving transfer machine（气动旋转机构）、vertical warehouse（立体仓库）。这三台设备可以独立工作，也可以组合成为dynamic warehousing（动态仓库），是一套气动、电气、机械一体化的运动控制系统，三台设备之间

2、可以通过以太网进行通讯。面前为止，本套自动控制教学设备是国内引进的唯一的一套施耐德“dynamic warehousing”教学设备。三台设备的控制plc选用的是modicon的micro plc。设备的安装、调试和学习的过程，是对设备的一个深入了解和应用的过程。在这期间，我们遇到了很多的问题，在分析解决之后，我们收获很多。值此modicon 40周年即将到来之际，我向大家介绍一下东北大学施耐德联合实验室的这套自动控制设备，也谈一下我们在调试、学习中的感受。能得到这次与大家交流的机会，我深感荣幸。调试设备是从2008年3月28日开始的。设备刚刚到来，同学们面对眼前的设备，很兴奋。但是由于本套设

3、备是国内引进的第一套设备，技术文档没有中文的，设备自带的技术文档有法语的、英语的、德语的、葡萄牙语等。我们做的第一件事情就是：抓紧时间整理设备相关的文档。当整理完相关文档，学会控制面板的操作之后，按照技术文档上的说明，一步一步地检查之后，开始上电，调试设备。然后，再进一步的学习、认识这几台设备。一、这套教学设备的组成和各部分的功能1. surface treatment图1 表面处理设备这台教学模型，用于模拟工业现场的表面处理控制过程。设备有8个站台和2个容器类运输小车，站台1是输入站台，站台8是输出站台，运输小车把容器从一个站台运输到另一个站台。这样，就把一个表面处理系统描述成两个容器类运输

4、小车在8个站台之间运动。图2 表面处理设备的内部控制装置构成装置和控制盒的组成：一个tsx micro plctsx3721（32i/24o 2个模拟输出）；两台370w异步电机，用于驱动两个运输装置；两套altivar 31速度控制器；一个magelis 终端；一个etz50 以太网接入口，用于与服务器连接；一套机械式编码装置。其他各种保护装置和传感器。它可以实现手动和自动的控制。手动模式通过调节magelis终端上的控制按钮，可以实现运输小车a、b的升起、下落和直线运动。自动模式可以实现操作者编程的运动控制循环。这台教学仪器用于学习：速度/精度平衡；位置传感器；气动和电子一体化设备的组成；

5、传感器技术（重力，感应，光电，极限开关）；通过web技术的远程控制。2. pneumatic revolving transfer machine图3 气动旋转设备 图4 气动旋转设备的机械手气动旋转传输机教学模型代表了一个可以装载和卸载器皿的环行仓库工作站。它是一个具有3个自由度的机械手，可以完成机械手的伸、缩，上、下，在水平面内的旋转运动等动作，可以把物品从指定的输入位置，搬运到操作者指定的地点。图5 气动旋转设备控制系统构成它的机械组件和控制箱包括：一个tsx micro plc tsx3721 (28i / 12o)；一个装有气动指示器的控制台，它带有14个方位的水平仓储位置，水平旋转

6、系统；一个由两个仓库电源提供四个器皿供电的装载实验台；电感式传感器检测器皿的位置；机械式传感器识别器皿编码；一个工控机终端；一个ethernet etz510 接入口，带有集成的web服务器；一套机械式编码装置。其他电气和气动的保护装置。它可以实现手动和自动的控制。手动模式通过调节magelis终端上的控制按钮，可以实现机械手的伸、缩，上、下，在水平面内的旋转运动等动作。可以通过手动自由的将物品放在指定的仓位。自动模式可以按照操作者所编的程序，完成既定的取、放物品运动控制循环。这台教学仪器用来学习：学习互锁机构；学习仓库的管理；用气动和机械的技术来学习旋转系统的使用。3. vertical w

7、arehouse图6 立体仓库立体仓库模型用于研究一个基于4象限力矩/速度图表的操作系统。它可以实现物品的装载、卸载功能，可以把物品放到指定的仓位，也可以把指定的仓位重的物品卸载。它的机械组件和控制箱包括：一个tsx micro plc （离散量12e/12s，模拟量4s，计数模块）；一个带有15个吊盘的仓库；一个用于装载和卸载吊盘的自动门；一个dc速度减速机；一个4象限电子速度控制装置，额定最大输出电流：6a；感应式传感器用于确定吊盘的位置；用于监测吊盘摇摆的光电子照相装置的；一个ethernet etz510 接入口，带有集成的web服务器；一个magelis 人机终端；一套由16个部件组

8、成的吊盘系统。其他各种保护装置和传感器。它可以实现手动、半自动和自动的控制。手动模式通过调节magelis终端上的控制按钮，可以实现仓位的整体运行的速度和位置的控制，把指定的仓位移动到仓门的位置，仓门的打开、关闭等动作。半自动模式，可以自动把下一个仓位运行到仓门的位置。自动模式可以按照操作者需求，完成既定的取、放物品运动控制循环。这台教学仪器用来学习：学习掌握机械部分，电子部分和运动现象的互相关系；研究基于力矩/速度图表的4象限的速度和位置控制。二、dynamic warehousing的实现图7 动态仓库我们可以用独立的三台设备组成一个系统动态仓库。设备来的时候，没有提供动态仓库系统的组合程

9、序，我们定义了一个完整的自动化控制系统。控制流程图如图8下：图8 动态仓库自动控制流程图流程图简述：开始，把一个物品放入“表面处理设备”的入口，信号p1置“1”，plc1检测到p1为1时，开始运行模拟表面处理过程s1，经过设定的模拟表面处理过程s1之后，小车b把物品运输到“表面处理设备”的出口，这时p8置“1”，plc2检测到p8为1，控制气动旋转运输装置把物品放到指定的水平储物台或者立体仓库中。如果放到立体仓库中，c1置“1”，当plc3检测到c1为1，控制打开仓库门，并把指定的储物仓运行到仓口位置。指定仓位到达仓库口出之后，g置“1”，机械手把物品放到指定仓位中，机械手缩回初始位置，p置“

10、1”，plc3检测到p为1，关闭仓库门，仓库门关闭g置“0”，plc3检测到g为0，停止动作，等待下一个周期的开始。整套设备可以实现自动控制，由触摸屏或者工控机控制，用以太网实现三个plc之间的通讯。可以达到的教学目的：学习基础web技术，执行ethernet tcp/ip 通讯，控制生产操作单元，学习自动化系统的组成。这个完整的教学平台包括：plc，空气动力产生机械，感应式，光学和机械式传感器，异步电机和直流电机，ac和dc的速度控制，快速检测，位置和伺服系统，增量式编码盘，人机对话界面，操作知识，误差矫正和仿真模拟，三个子部分的同步运行，基于eternet的通讯和基于website 的控制

11、系统。学生可以学到完整的运动控制系统，丰富的运动控制设备和合理的运动控制流程。三、设备的特点1. tsx micro plc的内置网页功能在tsx micro plc中内嵌了网页和动画，可以对输入输出点进行监控并以动画的形式监视，该监控方式只要在可以接入以太网的地方就可以做到，方便灵活。这样就可以很轻松的实现设备的远程监控、参数在线修改功能。图9 表面处理设备tsx micro plc的内置网页利用具有网络功能的以太网处理器，这样方便了操作者通过本地网或因特网就能快捷、有效的实现了对实验平台的操作了。能将产品放置到网络中，设置ip地址，进行访问，这也是我们从来没有接触过的。通过网络，我们不仅可

12、以实时的在线观测到每个环节的变化，而且更加简单，方便得实现了对网上元件的操作，参数的更改。在实际工程中，这样就避免了许多恶劣的环境下要对元件进行维护和修改，却又无从下手的弊端了。图10 表面处理设备tsx micro plc的在线监测页面2.气动设备surface treatment和pneumatic revolving transfer machine都是气动设备。设备本身自带输入空气压强的调节设备，可以把空气压缩机输入到设备的大气压限制在0.5mp（5个大气压）。但是，设备本身没有带空气压缩机，我们自己选择空气压缩机。图11 设备自带的气压调节装置空气压缩机的选择。空气压缩机的选择有两个

13、重要的标准：气体压强和气体流量。设备需要提供的输入大气压应大与0.5mp，流量没有具体的要求，我们选择了美国巨霸puma移动式空气压缩机，输出的气压为0.6mp，流量为140l/min。通过三通：t型连接器，同时对两台气动设备提供压缩空气。实践证明，满足了本套教学设备的气体动力要求。3.多种传感器、接近开关整个系统用到了多种传感器，有机械式传感器、光电传感器、重力传感器、极限开关等。我们接触到、学到了很多传感器的知识。在surface treatment的调试过程中，我们对电感式接近开关有了进一步的了解。接近开关在plc的控制中经常用到，用它来检测物体的位置，当它检测到物体接近之后，触发相应的

14、控制开关，plc有相应的动作。电感式接近开关是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。检测物体和接近开关的距离有一定的要求，距离越远，电感式接近开关产生的电磁场能量就越小，一定距离以外，就不能触发控制开关的通断。我们在刚刚调试surface treatment时，有几个接近开关就是因为与检测物体的距离太大，无法触发控制开关，plc中运行的程序，因为检测不到相应的开关信号，而产生了一系列的误操作。4.强大的互锁功能设备有完善的互

15、锁功能。以surface treatment为例，当调整到自动运行模式后，在运行之前，plc会有检查时间，当plc检测到容器槽2、3、4、5、6、7、8中，任何一个容器槽中有物品时，都会停止动作，并发出警告。surface treatment有内置报警箱。它是由sp01sp10 的一组开关组成，每个开关都生成一个报警类型，一旦检测到系统的这个错误时，操作者可以通过这个开关重新设置系统的指令。1) sp01开关，代表的错误是发动机反向旋转2) sp02开关，代表的错误是继电器km1 停止自动，即系统给电后，不能进行输入操作。3) sp03开关，代表的错误是tsx 的输入卡供应，即plc不再有输入

16、供应，没有信息读入。4) sp04开关，代表的错误是紧急停止显示，即紧急停止的信息不再plc中出现，显示面板上出现报警信息。5) sp05开关，代表的错误是1号操的位置传感器，即plc对a手臂的操作不再回到初始1号位上，而是出现了超出轨道的现象，这是面板上出现报警信息.6) sp06开关，代表的错误是4号操的位置传感器，即同样plc对a手臂的操作不再回到4号位上，如果继续前进，即将和另一个b手臂发生碰撞，此时面板也显示报警信息。7) sp07开关，代表的错误是传感器对手臂b位置右侧的检测。如果检测到b手臂运动到末端没有停止，出现超出轨道的现象时，面板出现手臂b越轨的报警信息。8) sp08开关

17、，代表的错误是容器箱存在传感器，即手臂没有按照设定好的再进行循环操作，而是在原位置等待。9) sp09开关，代表的错误是容器箱编码错误，即当把容器箱放在槽内，对容器箱的编码号编译错误。10) sp10开关，代表的错误是对b手臂没有输入命令li1，即减速机中的变频器的指令li1对b手臂无法操作。这10条错误情况，明晰的概括了所有电器元件在工业现场中可能出现的错误，对我们认识电气元件产品的性能和平时的维护有了一目了然的认识 。四、总结通过“透明就绪”网络可以把三台设备连到计算机或者hmi上，可以实现设备的自动运行，并远程监控，在线参数修改。我们可以实现一个气动、电子、机械一体化的设备，了解机械部分

18、、电子部分和运动现象的相互关系，学习web和以太网技术，学习完整的运动控制系统，丰富的运动控制设备和合理的运动控制流程。参考文献：1 施耐德电气.surface treatment with transporters technical manual. 05-2006. institute schneider formation.md1ad931en.2 施耐德电气.surface treatment with transporters exercises book. 05-2006. institute schneider formation.md1ad932en.3 施耐德电气.pneumatic rotary transporter technical manual. 05-2006. institute schneider formation.md1ad941en.4 施耐德